(57)【要約】【課題】  光ファイバとボールレンズとの調芯をより容易にかつより精度良く行うことができるボールレンズ固定構造を得る。【解決手段】  二つの基板２，３を接合し、それら二つの基板２，３の接合面２ａ，３ａの各々に設けた溝同士（２ｂと３ｂ）を合わせて、断面正方形で当該断面の断面積が溝の延伸方向の一方側から他方側に向けて漸減しかつその中心軸８が光学中心軸に一致する空洞部４を形成し、当該空洞部４にボールレンズ６を挿入して固定するようにした。【選択図】      図２
2006146069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの基板を接合し、
それら二つの基板の接合面の各々に設けた溝同士を合わせて、断面正方形で当該断面の断面積が溝の延伸方向の一方側から他方側に向けて漸減しかつその中心軸が光学中心軸に一致する空洞部を形成し、
前記空洞部にボールレンズを挿入して固定するようにしたボールレンズ固定構造。
【請求項２】
前記二つの基板の接合面に同じ形状の溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載のボールレンズ固定構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボールレンズ固定構造の製造方法であって、
前記溝を、グレーマスクおよびドライエッチング法を用いて形成することを特徴とするボールレンズ固定構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のボールレンズ固定構造の製造方法であって、
前記二つの基板を、中間層を介在させないウエハ接合法を用いて接合することを特徴とするボールレンズ固定構造の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のボールレンズ固定構造の製造方法であって、
ボールレンズを、その自重による押圧力によって前記空洞部に固定することを特徴とするボールレンズ固定構造の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載のボールレンズ固定構造を有し、光ファイバの先端部にボールレンズを接合してなるレンズ付き光ファイバ。
【請求項７】
請求項１または２に記載のボールレンズ固定構造を用いて光ファイバの先端部にボールレンズを調芯して接合し、その後、当該ボールレンズ固定構造を除去することを特徴とするレンズ付き光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野等で使用される光デバイスの入出力部等で用いられる光学レンズの保持機構、光学レンズ付き光ファイバ、およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年拡大が進む光ファイバネットワークでは、様々な光デバイスが実用化されている。これら光デバイスの入出力部には、ボールレンズが用いられる場合があるが、この場合、光ファイバとボールレンズとの位置合わせ（調芯）を精度良く行うことが肝要となる。芯ずれが生じると、損失値が増大するからである。一例として、ボールレンズの直径が４００μｍで、屈折率が１．４８（材質：ガラス）である場合、芯ずれが２．８μｍになると、損失が２ｄＢ悪化してしまう。ここで、市販されている一般的なボールレンズの寸法精度は３μｍ〜１０μｍであるから、かかるボールレンズを無造作に取り付けたのでは、芯ずれに伴う損失値の増大が避けられない。
【０００３】
そこで、従来から、実際に光を通しながら損失が最も小さくなる位置関係を探して、その位置に固定する方法（所謂アクティブアライメント法）が採用されている。光ファイバの先端部にボールレンズを装着したレンズ付きファイバについても、この方法が採用される場合がほとんどである。しかし、アクティブアライメント法では、上記調芯作業を行うのに手間がかかり製造コストの増大を招くという問題があった。
【０００４】
このため、予め固定位置を決定する構造を設けておき、上述したような調芯作業を行うことなくボールレンズを所定位置に設置する方法（所謂パッシブアライメント法）が採用される場合もある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２５３５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、パッシブアライメント法では、上記固定位置を決定する構造の位置や形状の精度を向上させるのが難しい場合が多い。特許文献１の場合には、光ファイバの先端部に位置精度良く嵌合空洞部を形成するのが難しく、損失を低減しにくくなるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、光ファイバとボールレンズとの調芯をより容易にかつより精度良く行うことができるボールレンズ固定構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明にかかるボールレンズ固定構造にあっては、二つの基板を接合し、それら二つの基板の接合面の各々に設けた溝同士を合わせて、断面正方形で当該断面の断面積が溝の延伸方向の一方側から他方側に向けて漸減しかつその中心軸が光学中心軸に一致する空洞部を形成し、上記空洞部にボールレンズを挿入して固定するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明にかかるボールレンズ固定構造にあっては、上記二つの基板の接合面に同じ形状の溝を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明にかかるボールレンズ固定構造の製造方法にあっては、上記溝を、グレーマスクおよびドライエッチング法を用いて形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明にかかるボールレンズ固定構造の製造方法にあっては、上記二つの基板を、中間層を介在させないウエハ接合法を用いて接合することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明にかかるボールレンズ固定構造の製造方法にあっては、ボールレンズを、その自重による押圧力によって上記空洞部に固定することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明にかかるレンズ付き光ファイバにあっては、上記ボールレンズ固定構造を有し、光ファイバの先端部にボールレンズを接合してなることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明にかかるレンズ付き光ファイバの製造方法にあっては、ボールレンズ固定構造を用いて光ファイバの先端部にボールレンズを調芯して接合し、その後、当該ボールレンズ固定構造を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、二つの基板を接合してなるボールレンズ固定構造において、当該二つの基板に精度良く形成した溝を合わせてボールレンズを嵌挿する空洞部を形成することができるため、より精度良くかつより容易に光ファイバとボールレンズとを位置合わせすることができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、二つの基板に同じ形状の溝を設けることにより、ボールレンズ固定構造を、より容易にかつより安価に製造することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、グレーマスクおよびドライエッチング法を用いることにより、上記溝を、より精度良くかつより安価に製造することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、中間層を介在させないウエハ接合法を用いることにより、上記二つの基板を、より精度良くかつより強固に接合することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、ボールレンズの自重による押圧力によって上記空洞部に固定することにより、上記ボールレンズを、より容易にかつより安価に上記空洞部に固定することができる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、上記ボールレンズ固定構造を用いて調芯することにより、より容易にかつより安価に、より精度良く調芯されたレンズ付き光ファイバを得ることができる。
【００２０】
請求項７の発明によれば、光ファイバの先端部にボールレンズを調芯して接合した後にボールレンズ固定構造を除去することにより、より精度良く調芯され、かつより簡素な構成のレンズ付き光ファイバを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかるボールレンズ固定構造を構成する基板の平面図（二つの基板の接合面のうちいずれか一方を見た平面図）、図２は、ボールレンズ固定構造の断面図（溝の延伸方向に沿い基板表面に垂直な断面での断面図；図１のＡ−Ａ断面図）、図３は、ボールレンズ固定構造の断面図であって、（ａ）は図２のＸ−Ｘ断面を示す図、（ｂ）は図２のＹ−Ｙ断面を示す図、図４は、光ファイバおよびボールレンズを所定の取付位置に装着したボールレンズ固定構造の基板の平面図（二つの基板の接合面のうちいずれか一方を見た平面図）である。
【００２３】
本実施形態では、同一形状の二つの基板（例えばシリコン基板）２，３が接合されて、ボールレンズ固定構造１が構成されている。
【００２４】
図１に示すように、二つの基板２，３の接合面２ａ，３ａには、それぞれ、相互に同一形状の平面視テーパ状の溝２ｂ，３ｂと、平面視矩形状の溝２ｃ，３ｃとが形成されている。そして、図２および図３に示すように、二つの基板２，３を接合したときに、それら対応する溝同士が合わせられて空洞部４，５が形成される。なお、二つの基板２，３を接合する際の位置合わせは、基板２，３の側端面を治具の平面に突き当てるなどにより、容易にかつ精度良く行うことができる。
【００２５】
空洞部４は、断面正方形で、その断面積が、基板２，３の端部側から中央部側に向けて漸減するように形成される。すなわち、空洞部４は、基板２，３の端部側に開口部４ａを有し、中央部側の底部４ｂに向けて先細の形状となる。
【００２６】
一方、この空洞部４に連接して形成される空洞部５は、空洞部４の底部４ｂに設けられる連通部５ａと開口部４ａの他方側の基板２，３の端部側に設けられる開口部５ｂとを結び、大きさが一定の正方形断面を有するように形成される。
【００２７】
図４に示すように、空洞部４はボールレンズ６の挿入部として用いられ、空洞部５は光ファイバ７の挿入部として用いられる。ここで、これら二つの空洞部４，５は、その中心軸８が相互に一致するようになっている。また、光ファイバ７の中心軸が空洞部５の中心軸と一致するよう、空洞部５の正方形断面の各辺の長さは、光ファイバ７の直径と同じにしてある。
【００２８】
したがって、空洞部４に開口部４ａ側から挿入されたボールレンズ６の中心は、その大きさによらず、中心軸８上に位置することになるとともに、空洞部５に配置された光ファイバ７の中心軸（および光ファイバ７の先端部７ａの中心）も、同じ中心軸８上に位置することになる。すなわち、本実施形態にかかるボールレンズ固定構造１を用いることで、ボールレンズ６と光ファイバ７とが精度良く調芯された構造を、極めて容易に得ることができる。なお、空洞部４，５の中心軸８は、光ファイバ７の中心軸、すなわち光学中心軸に相当するものとなる。
【００２９】
かかるボールレンズ固定構造１は、図４の状態で固定して、レンズ付き光ファイバ１０としても良いし、ボールレンズ固定構造１を用いて調芯したボールレンズ６と光ファイバ７とを接着等によって接合した後に、基板２，３を除去してもよい。後者の場合には、例えば、基板２，３を相互に位置あわせした状態で仮接合し、調芯の際には挿入したボールレンズ６に光ファイバ７の先端部７ａを突き当てるように配置し、位置関係を維持したまま仮接合を解除しつつ、ボールレンズ６と光ファイバ７の先端部７ａとを接着するようにすればよい。
【００３０】
一方、前者の場合には、基板２，３は、中間層を介在させないウエハ接合法（ウエハ直接接合法）を用いて接合するのが好適である。中間層を介在させると、空洞部４，５の断面形状の正方形に対する形状誤差が増大し、位置合わせ精度が低下するおそれがあるからである。
【００３１】
かかるウエハ接合法としては、フュージョンボンディングや、表面活性化接合等がある。フュージョンボンディングは、親水化されたシリコン等の基板をまず水素結合で貼り合わせた後に加熱処理をして、Ｓｉ−Ｓｉ結合によって基板同士を接合する技術である。他方、表面活性化接合は、接合面に所定の表面処理を施して接合面の原子を化学結合しやすい活性状態とし、Ｓｉ−Ｓｉ結合によって基板同士を接合する技術である。後者の場合、より低い温度（例えば常温）で結合させることができるため、熱膨張に起因するずれを低減できると期待される。
【００３２】
また、基板２，３の接合面２ａ，３ａに形成する溝２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃは、ドライエッチング法を用いて形成するのが好適であり、さらに、テーパ状の溝２ｂ，３ｂは、グレーマスクを用いて形成するのが好適である。ドライエッチング法は、ウエットエッチング法に比べて異方性が高く、基板２，３の表面に所定幅の矩形の溝を精度良く形成するのに適している。そして、グレーマスクを用いることで、基板２，３の表面（接合面）からの距離が長手方向に漸減（または漸増）する（すなわち底面が傾斜する）溝２ｂ，３ｂを、容易にかつ精度良く形成することができる。具体的には、例えば、基板２，３の端部側から中央部側にかけて露光光の透過率が漸減するグレーマスクを用いてフォトレジストを露光、現像し、その後、適切なエッチャントを用いたドライエッチング（反応性ドライエッチング）を施すことで、当該レジストパターンの表面形状を、溝２ｂ，３ｂの底部形状に反映させることができる。
【００３３】
なお、空洞部４にボールレンズ６を挿入して開口部４ａが鉛直上方を指向するようにボールレンズ固定構造１を傾けることで、ボールレンズ６を、その自重による押圧力によって空洞部４に固定することができる。こうすることで、ボールレンズ６を、より容易にかつより安価に空洞部４に固定することができる。
【００３４】
以上の本実施形態によれば、二つの基板２，３を接合してなるボールレンズ固定構造１において、当該二つの基板２，３に精度良く形成した溝２ｂ，３ｂを合わせてボールレンズ６を嵌挿する空洞部４を形成することができるため、より精度良くかつより容易に光ファイバ７とボールレンズ６とを位置合わせすることができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、二つの基板２，３に同じ形状の溝を設けたため、ボールレンズ固定構造１を、より容易にかつより安価に製造することができる。
【００３６】
また、上述したようにグレーマスクおよびドライエッチング法を用いることにより、溝２ｂ，３ｂを、より精度良くかつより安価に製造することができる。
【００３７】
また、上述したように中間層を介在させないウエハ接合法を用いることにより、二つの基板２，３を、より精度良くかつより強固に接合することができる。
【００３８】
また、上述したようにボールレンズ６の自重による押圧力によって空洞部４に固定することにより、ボールレンズ６を、より容易にかつより安価に空洞部４に固定することができる。
【００３９】
また、本実施形態にかかるボールレンズ固定構造１を用いて調芯することにより、より容易にかつより安価に、より精度良く調芯されたレンズ付き光ファイバ１０を得ることができる。
【００４０】
また、上述したように、光ファイバ７の先端部７ａにボールレンズ６を調芯して接合した後にボールレンズ固定構造１を除去することにより、より精度良く調芯され、かつより簡素な構成のレンズ付き光ファイバを得ることができる。
【００４１】
（第２実施形態）図５は、本実施形態にかかるボールレンズ固定構造を構成する基板の平面図（二つの基板の接合面のうちいずれか一方を見た平面図）である。なお、本実施形態では、上記第１実施形態にかかるボールレンズ固定構造と同様の構成要素を有している。よって、それらについては同じ符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００４２】
本実施形態にかかるボールレンズ固定構造１Ａは、接合する二つの基板２Ａ，３Ａに溝２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの組を平行に複数並べて形成することで、複数の平行な空洞部４，５を形成したものである。そして、それら複数の空洞部４，５のそれぞれに、ボールレンズ６および光ファイバ７を固定して、調芯されたレンズ付き光ファイバアレイ１０Ａを構築している。
【００４３】
本実施形態によれば、ボールレンズ６と光ファイバ７とが精度良く調芯されたレンズ付き光ファイバアレイを、調芯作業を必要とせず、容易に得ることができる。これにより、光デバイスの入出力部を一括して形成することができるようになり、別個に形成して組み合わせる場合に比べてコスト的に有利になる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に種々の改変を施すことができる。例えば、ボールレンズが嵌挿される空洞部は、上下左右に壁面を有する単純な構成とするのではなく、例えば、左右上下に同じバネ定数のバネ構造体を設けることによって、自動的に固定されるようにしてもよい。また、このボールレンズ固定構造を利用するデバイス等を、同じ基板内に形成することも可能である。その場合、当該デバイスとボールレンズ固定構造との間でも調芯作業を行う必要が無くなるという利点がある。また、光ファイバとボールレンズとが接触する構成とする場合、その接続面に反射防止膜を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるボールレンズ固定構造を構成する基板の平面図（二つの基板の接合面のうちいずれか一方を見た平面図）。
【図２】本発明の第一実施形態にかかるボールレンズ固定構造の断面図（溝の延伸方向に沿い基板表面に垂直な断面での断面図；図１のＡ−Ａ断面図）。
【図３】本発明の第一実施形態にかかるボールレンズ固定構造の断面図（（ａ）は図２のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は図２のＹ−Ｙ断面図）。
【図４】光ファイバおよびボールレンズを所定の取付位置に装着した本発明の第一実施形態にかかるボールレンズ固定構造（レンズ付き光ファイバ）の基板の平面図（二つの基板の接合面のうちいずれか一方を見た平面図）。
【図５】光ファイバおよびボールレンズを所定の取付位置に装着した本発明の第二実施形態にかかるボールレンズ固定構造（レンズ付き光ファイバ）の基板の平面図（二つの基板の接合面のうちいずれか一方を見た平面図）。
【符号の説明】
【００４６】
１，１Ａ  ボールレンズ固定構造
２，３，２Ａ，３Ａ  基板
２ａ，３ａ  接合面
２ｂ，３ｂ  溝
４  空洞部
６  ボールレンズ
７  光ファイバ
７ａ  先端部
８  中心軸（光学中心軸）
１０，１０Ａ  レンズ付き光ファイバ
【図１】
2006146069.tif 000003
【図２】
2006146069.tif 000004
【図３】
2006146069.tif 000005
【図４】
2006146069.tif 000006
【図５】
2006146069.tif 000007